动脉自旋标记灌注成像技术在颈体部的临床应用进展

李玉洁，林蒙

动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)技术具有无创、简便、成本低的优点，能够反映组织的血流灌注并进行定量，适用于中枢神经系统肿瘤、缺血性脑血管疾病、脑功能损害等疾病的诊断与评价，目前在中枢神经系统中的应用日渐成熟[1-3]；但ASL在其他部位的应用较少。近年来，随着高场强磁场的应用和ASL成像技术的不断优化，图像信噪比、时间及空间分辨力明显提高，使得ASL的应用范围扩大到非中枢神经系统。国内外文献对ASL在颈体部应用方面的报道日渐增多，本文就ASL技术的基本原理及其在颈体部的临床应用进行综述。

ASL技术的基本原理及临床应用的可行性

1.ASL技术的基本原理

ASL技术无需使用外源性对比剂，其将动脉血中的水分子用作内源性示踪剂，以特定频率的脉冲标记上游动脉血中的水分子，逆转水中的氢质子自旋状态。当被标记过的动脉血进入下游感兴区的成像平面时，对组织进行灌注成像，此时获得的图像称为标记图像，含有流经成像区域的标记水分子和静态组织。当未标记的动脉血流入成像平面时，再次采集图像，就得到了未标记图像。将标记图像与未标记图像相减，消除了静态组织信号，得到含有血流灌注信息的灌注图[4,5]。ASL可获得的参数为血流量(blood flow，BF)，能够定量反映流入组织的血流量，采用每单位时间、每单位体积或组织质量通过的血液量来表示，即mL/100g/min。

2.ASL技术的可重复性

ASL技术应用于颈体部时，容易受运动伪影及周围组织的影响，良好的可重复性是序列应用的必要前提。对肾脏的多项研究显示，无论在同日还是不同日进行的两次ASL扫描(间隔至少24小时)，所获得的全肾和/或肾皮质BF之间均具有高度相关性(r：0.74～0.97)[6,7]，Bland-Altman图显示两次获得的全肾及肾皮质BF结果具有良好的一致性[8]，且两次检查肾皮质BF的相关性均高于肾髓质[7]。此外，有研究比较了ASL与磁共振动态增强(dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)的可重复性，结果显示两次不同日扫描的ASL获得的肾皮质BF之间的变异系数低于DCE-MRI所获得的BF(分别为18%和28%)[9]。以上研究均表明了ASL获得的BF具有良好的可重复性。

3.ASL与其他检查方法的相关性

目前临床认为DCE-MRI是较为可靠的灌注评价手段，能够显示组织灌注情况，提供血流、渗透性和微循环灌注的信息参数，定量评估微血管结构和功能。因此，很多研究者就ASL与DCE-MRI测量组织BF的一致性进行了系列研究。

Cutajar等[9]对16例健康志愿者进行肾脏ASL及DCE-MRI检查，Bland-Altman分析比较结果显示两种技术获得的平均肾脏BF之间具有良好的一致性。Wu等[10]同样发现两种技术获得的肾皮质BF之间具有中度相关性(r=0.66)。Ritt等[11]采用等离子体清除剂(对氨基马尿酸)作为标准，证实了ASL所测得的肾皮质BF与采用对氨基马尿酸方法所得的肾皮质BF间具有中度相关性(r=0.575)。相似的结论亦在头颈部鳞状细胞癌的研究中得到证实[12]。

相关研究显示ASL获得的BF值与DCE-MRI的其他药代动力学参数亦具有相关性，如头颈部恶性肿瘤ASL的BF与DCE-MRI的Ktrans值之间存在中度相关性(r=0.688)[13]。对前列腺及脊髓的研究均显示，不同反转时间(time of inversion，TI)将影响最终的比较结果，其中TI=1200ms时，ASL图像质量最佳，ASL的BF与DCE-MRI参数Ktrans、Kep、Ve之间的相关性最高[14,15]。

ASL在肿瘤性疾病中的应用

肿瘤的发生、发展、浸润和转移都与血流灌注密切相关[16-18]，对肿瘤血流进行定量分析有助于良恶性病变的鉴别、恶性肿瘤的分级和评估肿瘤的疗效等。ASL能够定量分析肿瘤组织血流量情况，操作简单且可重复性好，为肿瘤的诊断、治疗及预后等方面的研究提供了全新的方法。

1.ASL对肿瘤诊断的价值

不同病理类型、不同恶性程度的肿瘤血流灌注可能存在较大差异，同时恶性肿瘤的灌注程度可能与肿瘤的侵袭性或转移概率相关。因此，ASL能够为肿瘤诊断提供重要信息。

对前列腺癌的相关研究显示癌区的平均BF显著高于非癌区[(114.7±28.7)mL/100g/min vs.(42.2±13.7)mL/100g/min，P<0.01]，不同区域癌灶的平均BF均高于相应正常区域(外周带：152.80 mL/100 g/min vs.104.19 mL/100g/min，中央区：170.47 mL/100g/min vs.137.79 mL/100g/min，P值均<0.001)[14,19]。因此，ASL不仅能为前列腺癌的诊断提供依据，并可能有助于中央区前列腺癌的检出及鉴别。

对肾脏肿瘤的相关研究显示，肾嗜酸细胞瘤的平均BF[(373.9±99.2)mL/100g/min]高于透明细胞癌[(171.6±61.2)mL/100g/min]、嫌色性肾细胞癌[(152.9±80.7)mL/100g/min]、未分类的肾细胞癌[(208.0±41.1)mL/100g/min)]及乳头状肾细胞癌[(27.0±15.1)mL/100g/min]，其中以乳头状肾细胞癌的平均BF最低，明显低于其他类型肾癌，差异均存在统计学意义[20]。另一研究也证实了ASL获得的乳头状肾细胞癌的BF与其他类型肾癌差异明显，且ASL的BF与肾透明细胞癌的微血管密度(microvascular density，MVD)之间存在中度相关性(MVDCD34：ρ=0.51; MVDCD31：ρ=0.66)，但该研究结果显示肾嗜酸细胞瘤与肾癌的BF差异无统计学意义[21]，因此对于ASL能否鉴别肾嗜酸细胞瘤仍需进一步研究。

Kawashima等[22]的研究证实了ASL技术可以评估乳腺癌组织的灌注异常，ASL与CT灌注成像获得的BF结果之间具有高度相关性(r=0.78)，14个病灶中13个在ASL图像上显示良好，其病理类型包括11个浸润性导管癌、1个粘液性癌及1个导管原位癌，仅1个病灶显示不清，其直径较小(13 mm)，病理证实为导管原位癌，这表明ASL有助于乳腺癌的检出与诊断。

ASL对腮腺肿瘤的诊断也有一定意义[23]，有学者对ASL原始图像中实体成分的肿瘤-腮腺信号强度比(signal intensity ratios，SIR)进行定量分析，结果显示Warthin肿瘤的SIR值(41.7±36.7)均显著高于多形性腺瘤(1.81±0.89)及恶性肿瘤(5.09±5.27)。类似相关研究结果显示，腮腺Warthin肿瘤的BF明显高于多形性腺瘤，肿瘤平均BF与MVD之间存在高度相关性(r=0.93，R2=0.84)，以肿瘤平均BF为60.5 mL/100g/min作为诊断Warthin肿瘤的阈值时，诊断敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为100%、92.3%、90.9%及100%，准确度为95.7%[24]。

Fujima等[25]采用ASL技术鉴别鼻腔不同病理类型的恶性肿瘤，发现鳞状细胞癌的肿瘤平均BF明显高于淋巴瘤[(140.6±35.7)mL/100g/min vs.(93.8±15.1)mL/100g/min，P<0.001]。以肿瘤平均BF为105.5 mL/100g/min作为阈值时，诊断鳞状细胞癌的ROC曲线下面积为0.87，诊断敏感度、特异度及准确度分别为85%、83%及85%。

关于头颈部鳞癌的相关研究结果显示，分化差、存在转移性淋巴结患者的肿瘤BF更高，其中以BF为152 mL/100g/min作为阈值时，诊断中-高分化头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)的ROC曲线下面积为0.958，诊断敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为81.8%、95.2%、94.7%及83.3%，准确度为88.4%[26]。

2.ASL对肿瘤治疗疗效监测的价值

富血供的肿瘤对放化疗敏感，而缺血、乏氧的肿瘤更容易出现治疗抗拒[27,28]。同时，肿瘤放化疗早期的灌注变化先于其大小变化[29]，为早期评估疗效提供了基础。ASL技术能够客观反映肿瘤组织血流量信息，在肿瘤的疗效评估和预后评价方面具有一定价值。Fenchel等[30]对10例行抗血管生成治疗的晚期多发性骨髓瘤患者的ASL研究结果显示，与基线对比，治疗有效组的平均BF在治疗后持续降低，在第3周及第8周时分别降低了60.2%及70.7%，而无效组的平均BF在治疗后持续上升，在第3周及第8周时分别增加了44.7%及170.3%，治疗前后BF的变化与疗效存在相关性，且在不同疗效组之间差异具有统计学意义(P=0.0037)。关于转移性肾癌抗血管生成治疗的研究结果显示[29]，治疗1个月时，有效组和无效组的肿瘤大小均无明显变化，但有效组的BF减少(42%±22%)，而治疗无效组的BF增加(25%±33%)，两组BF变化值之间差异有统计学意义(P=0.03)；同时观察到治疗1个月的肿瘤BF与治疗4个月的肿瘤大小之间有高度相关性(r=0.85)。类似的相关研究结果也显示了转移性肾细胞癌在治疗后，肿瘤BF变化与肿瘤大小变化一致[31]。Fujima等[32]对头颈部恶性肿瘤进行研究，也发现经治疗后肿瘤残留组的平均BF高于无肿瘤残留组，且治疗前后肿瘤残留组的BF下降率明显低于无肿瘤残留组(54%±12% vs.85%±6%，P<0.01)。

由此可见，ASL技术能够定量评估肿瘤灌注情况，通过分析肿瘤BF的变化，有助于鉴别肿瘤类型和监测肿瘤治疗疗效，为临床精准治疗提供参考依据。

ASL在肾功能不全中的应用

肾功能不全和肾移植患者需要定期评估肾功能状态，以便早期发现功能障碍并帮助制定治疗策略，但现有的临床检查手段并不敏感。肾脏的血流量对于评估肾功能具有重要意义，因此，借助可靠的影像学方法来监测肾脏血流量的变化，能够为临床提供重要信息。尽管DCE-MRI是目前常用于肾脏疾病的检查方法，但其采用的钆类对比剂增加了肾源性纤维化的发生风险[33-36]，而ASL无需外源性对比剂，可能更有利于肾功能不全患者的评估。

相关文献报道ASL获得的正常肾皮质与慢性肾病的肾皮质BF之间差异具有统计学意义[(368±65)mL/100g/min vs.(237±115)mL/100g/min，P<0.05][37]，表明ASL有助于检测慢性肾脏疾病并监测疾病进展。Zhang等[38]以数字减影血管造影作为标准，采用ASL技术评估肾移植后的肾动脉狭窄、假性动脉瘤等并发症，准确率达96%。Heusch等[39,40]的两项移植肾研究结果证实，ASL测量的肾皮质BF值与移植肾的肾小球滤过率有中度相关性(r分别为0.51及0.63)，与血肌酐水平也有中度相关性(r=0.51)，与磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)的假扩散分数之间存在中度相关性(r=0.68)。以上研究都证实了ASL在评估肾功能不全的肾脏血流量方面有一定价值。

ASL 在心血管疾病中的应用

以往心脏ASL研究多集中于动物实验，对人类心脏的研究较少。Capron等[41]评估了ASL技术应用于人类心脏中的可行性，发现ASL能够在自由呼吸状态下量化健康受试者的心肌BF，并测得心肌平均BF为(1.28±0.36)mL/g/min。Wacker等[42]研究发现，ASL可定量评估冠脉储备情况，测得正常人的冠脉储备为(2.1±0.6)mL/g/min。Zun等[43]的研究结果也表明,ASL可以准确检测出冠心病的心肌灌注储备的下降情况,冠心病缺血心肌的灌注储备水平明显低于正常心肌的灌注储备水平[(1.44±0.97)mL/g/min vs.(3.18±1.54)mL/g/min，P=0.0011]。因此ASL能够评估心肌和冠脉灌注状态，可能对早期发现冠脉灌注异常及延缓心脏疾病的进展具有一定临床意义。

其他

ASL能够对在体骨骼肌的微循环进行非侵入性评估[44-46]，从而诊断肌肉疾病(如肌炎)。Raynaud等[47]采用标准静脉阻塞体积描记法(venous occlusion plethysmography，VOP)来检验ASL技术测量人类骨骼肌灌注的可靠性，BF与VOP法获得的灌注值之间的关系为：BF=1.0VOP+9.4 mL/100g/min(r2=0.86)。ASL亦可用于评估胰腺血流灌注情况[48]，但Hirshberg等[49]研究显示，健康人和Ⅰ型糖尿病患者胰腺BF之间差异无统计学意义。此外，还有文献报道ASL可用于定量分析肝、肺、甲状腺的灌注情况[50-53]。

小结与展望

目前ASL对颈体部的临床应用尚处于起步阶段，采用的成像序列和灌注模型还不够完善，但其具有无创、简单和成本低的优点，随着理论基础的进一步完善和MRI技术的快速发展，ASL技术的应用前景将会更加广阔。